автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Развитие и приложения дистанционного метода определения места повреждения линий электропередачи

На правах рукописи

БЫЧКОВ Юрии Владимирович

РАЗВИТИЕ И ПРИЛОЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Специальность 05.14.02 Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005056598

6 ЛЕК 2012

Чебоксары - 2012

005056598

Работа выполнена на кафедре теоретических основ электротехники и релейной защиты и автоматики ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова» и в ООО «НПП Бреслер».

доктор технических наук, профессор Лямец Юрий Яковлевич.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Куликов Александр Леонидович,

доктор технических наук,

филиал ОАО «ФСК ЕЭС» - Нижегородское

ПМЭС, директор

Арцишевский Ян Леонардович,

кандидат технических наук, доцент, кафедра релейной защиты и автоматизации энергосистем НИУ «Московский энергетический институт», заместитель заведующего кафедрой

Ведущая организация ОАО «ВНИИР», г. Чебоксары

Защита состоится 14 декабря 2012 года в 15— в зале заседания Учёного совета (ауд. 301) на заседании диссертационного совета Д 212.301.02 на базе ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова» (428034, г. Чебоксары, ул. Университетская, д. 38, корпус 3).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу на имя учёного секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова» (428034,

г. Чебоксары, ул. Университетская, д. 38, корпус 3, (8352) 45-02-07, library@chuvsu.ru).

Автореферат разослан « /¿¿¿¿¿¿Р/Сл 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.301.02

д.т.н., профессор Г.П. Охоткин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Задача определения места повреждения (ОМП) всегда была и остаётся актуальной, поскольку её решение направлено на повышение надёжности энергоснабжения. Развитие и усложнение электрических сетей, рост числа потребителей, не допускающих длительного отключения, приводят к повышению спроса на средства ОМП. Вместе с тем становятся жёстче и требования к ним, которые касаются как точности, так и оперативности получения результата.

Задача определения места повреждения в разные годы решалась в Московском и Ивановском энергетических институтах, ВНИИЭ. в Рижском политехническом институте, Чувашском государственном университете. Среди зарубежных авторов, занимавшихся этой темой, можно выделить Ц. Такаги (Tsuyoshi Takagi, Нагойский университет) и М.М. Саху (Murari Mohan Saha, ABB).

Существующие одно- и двухсторонние методы ОМП не были рассчитаны на электропередачи с тремя и большим числом узлов питания и не приспособлены к локации повреждений на линиях ответвительных подстанций. Эти недостатки, а также наличие многоконцевых линий электропередачи (ЛЭП) 110-500 кВ, делают актуальной задачу развития дистанционных способов ОМП.

Важную роль в современных методах определения места повреждения играет моделирование линий электропередачи. Построение модели ЛЭП, от адекватности которой реальному объекту зависит точность методов ОМП, является первоочередной задачей, предполагающей как совершенствование методики формирования моделей линий электропередачи, так и её реализацию в программных средствах.

На всех этапах работы автор пользовался консультациями к.т.н. А.О. Павлова.

Цель работы заключается в развитии способа дистанционного определения места повреждения применительно к линиям с многосторонним питанием и многоконцевым сетям, совершенствовании методики построения моделей линий электропередачи, ориентированной на задачу ОМП, а также в разработке и внедрении программных и аппаратных средств ОМП.

Методы исследования. Исследования проводились с использованием теоретических основ электротехники, теоретических основ релейной защиты, методов математического моделирования и программных вычислительных комплексов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием математического аппарата, программных вычислительных комплексов, многочисленной и продолжительной экспериментальной проверкой разработанных средств ОМП в условиях эксплуатации.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Модификация дистанционного метода ОМП при многостороннем наблюдении линии электропередачи.

2. Дистанционный способ ОМП на линиях ответеительных подстанций.

3. Учёт реальной несимметрии линий электропередачи и вида повреждения при формировании моделей ЛЭП.

Научная новизна работы.

1. Развитый в работе метод дистанционного определения места повреждения в отличие от существующих создал основу алгоритмизации ОМП при многостороннем наблюдении линии электропередачи. Метод характеризуется предварительной идентификацией повреждённого участка ЛЭП с последующим его анализом. В этом методе в более полной мере, чем ранее, используется инструментарий алгоритмического моделирования и идея объединения всей информации, доступной при наблюдении линии электропередачи.

2. Представленный в диссертации способ дистанционного ОМП отличается от известных способностью идентифицировать повреждение на ответвлении и локализовать его по замерам на концах основной линии электропередачи.

3. Предложенный в работе способ учёта реальной несимметрии линии электропередачи отличается от известных тем, что позволяет, оставаясь в базисе симметричных составляющих, формировать модели ЛЭП, учитывающие фактическое расположение проводов и вид замыкания.

Практическая ценность работы.

1. Развитые в работе модификации метода дистанционного определения места повреждения позволили решить задачу локации на линиях с

многосторонним питанием, а также на линиях ответвительных подстанций.

2. Предложенный способ учёта несимметрии линии электропередачи и вида замыкания позволил повысить точность метода дистанционного определения места повреждения без перехода к базису фазных координат и связанного с этим значительного усложнения методики построения моделей ЛЭП.

3. Разработанные программные и аппаратные средства определения места повреждения «WinBres» и «Бреслер-0107.0МП» серийно производятся и эксплуатируются почти на полутора тысячах линий ФСК ЕЭС.

4. Представленная в диссертационной работе методика построения и корректировки моделей линий электропередачи применена в учебном процессе на кафедре ТОЭ и РЗА Чувашского государственного университета.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: «Релейная защита и автоматика энергосистем» (Москва, ВВЦ, 2008, 2010, 2012), «Электротехника, электроэнергетика и электромеханика» (Чебоксары, АЭН ЧР, ВНИИР, 2005, 2007), «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем (ДНДС)» (Чебоксары, ЧГУ, 2005, 2007), «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике (ИТЭЭ)» (Чебоксары, ЧГУ, 2006), «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики» (Екатеринбург, 2007), «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, СГТУ, 2008).

Реализация результатов работы. Результаты исследований были использованы при разработке программного комплекса ОМП «WinBres» и терминала определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП».

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 14 научных работах, включая три статьи, опубликованные в изданиях из перечня ВАК. Получен патент на изобретение.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (101 наименование) и пяти приложений. Общий объём составляет 160 стр., в том числе основного текста 138 стр., 90 рисунков, 39

таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность результатов работы, раскрыта структура диссертации.

В первой главе даётся обзор дистанционных способов определения места повреждения линий электропередачи, применяемых в настоящее время в энергетике. Выделены основные группы: импульсные и методы распознавания по параметрам аварийного режима. Очередной этап их развития совпал с переходом устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) на микропроцессорную базу, что позволило решить ряд как технических, так и алгоритмических проблем.

Главное преимущество микропроцессорной РЗА заключается в существенном расширении информационной базы и, что не менее важно, в способности воспользоваться этим объёмом данных при помощи алгоритмических моделей электроэнергетических объектов. Вышесказанное в полной мере справедливо и применительно к задаче определения места повреждения. Наибольшее распространение получили методы ОМП по параметрам аварийного режима, и достичь наилучших результатов позволяют те из них, что надлежащим образом используют алгоритмические модели.

Во второй главе рассмотрено применение алгоритмических моделей для решения задачи локации повреждений и изложен способ многостороннего ОМП, который заключается в объединении всей информации, доступной при наблюдении линии электропередачи, и позволяет решать задачу локации в сетях с тремя и более узлами питания.

Алгоритмическая модель объекта (AMO) представляет собой систему обработки информации, которая по измеряемым электрическим величинам U_s и

/,, образующим вектор наблюдения, формирует ток и напряжение Ú_f в точке /, недоступной наблюдению (рис. 1). Данная операция в общем случае выражается следующим образом

Vf i,

= в

Sil —12

В,, В,,

где В - матрица преобразования AMO. Алгоритмическое моделирование, таким

образом, заключается в синтезе матрицы В и

IL<5

AMO

/

ff

Vf

предполагает определение эквивалентной пассивной структуры П5К>, связывающей точку / с местом наблюдения 5. При этом разделяют

Рис. 1 Алгоритмическая преобразование в ветвь предполагаемого

модель объекта ___ . _ ,.

повреждения и в конец участка ЛЭП (табл. I).

Линия, разделённая относительно точки/на передающую и приёмную части, и система противоположного конца представляются своими пассивными структурами П,, П, и П,. соответственно. При пересчёте наблюдаемых величин в ветвь предполагаемого повреждения учитываются все перечисленные элементы схемы. Во втором типе преобразования эквивалентная структура П определяется лишь передающей частью ЛЭП.

Таблица

Искомые величины Определение пассивных структур элементов Определение эквивалентной структуры

Преобразование в ветвь предполагаемого повреждения

U.

Л'-г V, I

и.

П, п.

I

ta

>i,i

пг

т

LL,

L п Lj

± ' 0

Преобразование в конец участка ЛЭП

L f L,

и. И]

и,

п=п,

Алгоритмической модели доступны параметры линии электропередачи и векторы наблюдения предшествующего, текущего и, как следствие, чисто аварийного режимов (рис. 2). В модели чисто аварийного режима действуют аварийные составляющие токов и напряжений

£уав _ ^утк . _ Jтк

текущим режим

предшествующий режим

/

7"+? +

/'"=0 2,

чисти аварийный режим

IС /

2

Л,

2,

фиг ^

Гг

[с/Г /г]т

&(£> Г

Рис. 2 Интерпретация текущего режима

Поочерёдно оперируя векторами наблюдения предшествующего

и чисто аварийного /"] режимов, алгоритмическая модель оценивает

электрические величины в предполагаемом месте повреждения. Напряжения и токи текущего режима в точке/определяются наложением полученных оценок. В задаче ОМП найденные величины используются для определения целевой функции, к которой в дальнейшем применяется критерий повреждения.

В зависимости от объёма информации, используемой для оценивания аварийных параметров - координаты места повреждения х, и переходного

сопротивления , - различаются одно- и двухсторонние методы ОМП (табл. 2). При одностороннем расчёте вектор /<]т, измеряемый на одном из концов

ЛЭП, преобразуется в величину реактивной мощности ветви предполагаемого повреждения

0, = 1т

лтк лтк

и, Ь

V У

(1)

к которой применяется критерий резистивности дуги в месте замыкания.

При двухстороннем ОМП используется также замер с противоположной стороны линии \Цг /г] . Оба вектора преобразуются в оценки напряжений (),,

и 0Гг в точке / линии электропередачи. В качестве целевой функции при двухстороннем ОМП используется разность модулей полученных величин

А1/г = 0" - 0"г. (2)

Равенство её нулю в месте повреждения объясняется наличием в точке / схемы чисто аварийного режима поперечной ветви с источником аварийной мощности (рис. 2).

Одно- и двухсторонние методы ОМП__Таблица 2

Реализуемое преобразование Критерий повреждения

Одностороннее ОМП

В ветвь предполагаем и, , °— п,„. лого -о ПОВ] и/ Хг_ )еждения ( ' Л 0/ = 1т ¿7 Г, = 0 V у

Двухстороннее ОМП

В конец у и, * г- 7 — п. —<>Уг. ь 1-1 « ЕЯ ка • - диг = й™ - и=о

1 1 1 п 2 Ь 1

1 и,— 1 I,

Применимость данных методов ограничивается двухконцевыми сетями - при

наличии трёх и более узлов питания они не дают приемлемого результата. Таким

У У образом, встаёт вопрос о разработке способа

многостороннего определения места

повреждения. На рис. 3 представлена линия

с трёхсторонним питанием, где буквой п

обозначена точка соединения лучей Рис. 3 Пример схемы с

трёхсторонним питанием питания, а цифрами - их номера к.

Исходными данными являются параметры ЛЭП, а также векторы замеров

напряжений = [{7Ж. Ц_вк Ц_ск ]т на концах лучей и токов

= 1— вк 1а]\ текущих от шин в линию, как в предшествующем, так и в текущем режимах работы сети.

AMO I

IL, ИЛ

AMO 2

AMO 3

Mí

¡3

Рис. 4 Получение контрольных замеров напряжения

С наличием дополнительной подпитки связана задача предварительной идентификации повреждённого участка линии. Для её решения используются контрольные замеры напряжения текущего режима, которые

получаются при переходе от электрических величин по концам лучей питания к точке п посредством соответствующих AMO (рис. 4). Контрольные замеры со стороны неповреждённых лучей будут одинаковыми, поскольку на этих участках нет непредусмотренных элементов.

Диаграммы контрольных напряжений Таблица 3

К0) ку

1 Ц-1„ ъУ-l. U-C,,^

ÍLc„> / (¿L \ QlLyx

В табл. 3 приведены векторные диаграммы напряжений ÛnJt при трёхфазном и однофазном К^ коротких замыканиях (КЗ) на первом участке. Анализ показал, что при всех видах замыканий однозначно указывает на два неповреждённых участка из трёх результат сравнения модулей трёх разностных напряжений и определения наименьшего из них

гк «тк I \

lin, (3)

где X - обозначение контрольной фазы. Например, при замыкании на втором луче

( л TK л TK л TK л TK л TK «TK 1 1

( • Цш > Цьа-Щ)

питания минимальнои окажется разность зависит от вида повреждения (табл. 4).

Выбор контрольной фазы X

Выбор контрольной фазы X_Таблица 4

Вид короткого замыкания

Кт Кт, К™ и Кт

Фаза X Повреждённая фаза Любая из повреждённых фаз

Векторы наблюдения по концам неповреждённых участков преобразуются соответствующими алгоритмическими моделями в виртуальный замер. Он объединяет напряжения и„ в месте соединения лучей и токи 1„, текущие от точки п в повреждённую линию, как показано на рис. 4.

Алгоритмические модели неповреждённых участков позволяют найти оценки токов в конце своих лучей. В случае замыкания на первом участке это векторы 1„, и 1„з. Как видно из рис. 5. их сумма представляет собой искомый ток

ЛМО 2

а)

1„

к г-*----

¿4 з

11-:-и

АМОЗ А

1 И 1

1 1

|1„, 1 --Н

1 ,

б)

Рис. 5 Алгоритмические модели а - второго; б - третьего участков

Напряжение Ц„ находится усреднением векторов контрольных замеров, формируемых алгоритмическими моделями неповреждённых участков.

Величины напряжений и токов, фиксируемых по концам питания, обычно между собой не синхронизированы, т.е. каждая из систем [и^ ¡¿]т построена относительно своего базового вектора, поэтому напрямую использовать их для получения виртуальных замеров нельзя. На рис. 6 приведена диаграмма для случая КЦ' на третьем луче, построенная при пересчёте несинхронизированных замеров к точке п. Выбирая одну из двух систем

I I

'У-ы

Рис. 6 Диаграмма напряжений в случае несинхронизированных замеров

1 Г 1 Р 3 Р 5 П 1

1 ■ 2 ■ 4

оценок С„, полученных со сторон неповреждённых участков, за базовую и доворачивая вторую на требуемый угол V)/, добиваемся их совпадения. На такой же угол необходимо повернуть и соответствующие выбранному участку наблюдаемые токи и напряжения, синхронизируя тем самым регистрируемые величины.

В общем случае (рис. 7) рассматриваются участки двух типов: питающие и

Виртуальный Виртуальный Внутренние. ПИТЭЮЩИЙ уЧЗСТОК

замер 1 замер 2

отходит от шин системы и наблюдается на одной из своих сторон. Внутренний участок,

_ „ естественно, не наблюдается. На рис. 7

Рис. 7 Схема с многосторонним г

питанием значком Р обозначены реальные

устройства, регистрирующие необходимые нам величины, а значком Р -виртуальные наблюдатели, определяющие с помощью алгоритмических моделей оценки недоступных наблюдению величин.

Попарным объединением векторов наблюдения (как реальных, так и виртуальных) определяются виртуальные замеры на концах всех участков схемы. Далее линия разделяется относительно своих узлов на трёхлучевые фрагменты. Критерий (3), применённый к замерам по концам каждого из них, позволяет найти повреждённый участок. Информация об аварии при пересчёте переносится в виртуальные замеры, поэтому для выявления истинно повреждённого элемента схемы применяются следующие правила:

1) при возникновении аварии на питающем участке только один из трёхлучевых фрагментов укажет на него;

2) при возникновении аварии на внутреннем участке на него укажут два смежных трёхлучевых фрагмента.

Далее выполняется процедура двухстороннего ОМП на найденном отрезке модели. При этом используются алгоритмическая модель повреждённого участка и векторы наблюдения на его концах.

Описанный способ многостороннего ОМП может быть применён для

и

решения задачи локации на линиях с ответвлениями. Сторона тупиковой подстанции, как правило, наблюдением не охвачена (рис. 8), что создаёт проблему определения места повреждения на ответвлении. В диссертации представлен способ, позволяющий ощутимо смягчить проблему.

^ Идентификация повреждённого

Iii 1 „ 2 Ь | участка заключается в разграничении

| режимов замыкания на основной линии и на линии ответвления. В качестве информационной базы для решения данной задачи выбран виртуальный замер U"B, получаемый в процессе преобразования наблюдаемых на концах НЭП

Нагрузка

Рис. 8 Пример линии с ответвлением

электрических величин к точке п.

Используя векторы наблюдения [и" I"] и [у"

I, I чисто аварийного

режима, можно определить параметры систем по концам ЛЭП и вид замыкания, что позволяет по результатам обучения локатора на имитационной модели в

режимах замыканий на всех трёх участках схемы построить

характеристику срабатывания,

используемую для идентификации повреждений на линиях ответвления (рис. 9).

Величина области нераспознавания замыканий около узла п определяется параметрами и структурой линии. Оценить её величину при различных видах КЗ позволяют объектные

-70

•170 -140 -110 -80

Re(Z",nB

Рис. 9 Построение характеристики срабатывания

характеристики яДлу) (рис. 10), где значение переходного сопротивления при

замыкании в месте х, линии ответвления определяется минимумом расстояния

между областью замыканий на третьем луче и областью замыканий на основной

13

ЛЭП (первом и втором лучах).

При замыкании на основной линии выполняется двухстороннее определение места повреждения относительно всей ЛЭП с использованием замеров на её концах. В случае выявления повреждения на ответвлении осуществляется одностороннее ОМП по виртуальному замеру [и„ 1„]т .

5 О

йГ

о

о

а) "о 2 4 6 8 10 12 14 б) " 0 2 4 6 8 10 12 14

хг, км х(, КМ

Рис. 10 Объектные характеристики распознавания замыканий на линии

ответвления

а — при однофазном замыкании; б — при междуфазном замыкании, В третьей главе представлена методика построения моделей линий электропередачи и изложен способ учёта реальной несимметрии ЛЭП в базисе симметричных составляющих.

Линия разделяется на участки однородности (секции), на протяжении которых удельные параметры ЛЭП остаются неизменными. Секция описывается типом проводов и опор, расположенных на соответствующем участке, типом и режимом заземления грозозащитных тросов, наличием взаимной связи с другими линиями и вносится в общую модель своей П-образной схемой замещения. В зависимости от конструктивных и функциональных особенностей различаются

участки шести типов, представленные в

Корректировка

Рис. 11 Схема корректировки алгоритмической модели ЛЭП

табл.5.

Ключевой фактор в достижении высокой точности дистанционных методов ОМП - построение модели, адекватной контролируемой линии электропередачи. Это итерационная 14

процедура, продолжающаяся в процессе эксплуатации локатора. Она заключается в корректировке структуры AMO в зависимости от невязки £ между фактическим местом повреждения хf и оценкой места повреждения х,, определяемой по реальным сигналам (рис. 11).

Типы участков однородности__Таблица 5

Описание

Схема

Внесение в модель

Одноцепный участок ВЛ, кабельная вставка

0®Q@®Q@Q

чт-

я 2 н и от

У

>,

0

1

Двухцепный участок ВЛ

-ШЪ

й М И И И а № Р)

о—•-CD-г—о

Двухцепный участок, цепи которого принадлежат разным линиям

■■©■^ажжш

0---T---C::;—f--o

О—•-СИ-»-о-

Двухцепный участок по схеме «заход-выход»

О—......Í...........•.....о---

0J

ь сз

U

о 2 О с о СО

Переход от одноцепного участка к двухцепному

-»■ф и м м м

iа

Переход от двухцепного участка к одноцепному

НЖШФ-&-

Моделирование осуществляется в базисе симметричных составляющих, что

объясняется относительной простотой реализации и тем, что информация, необходимая для формирования моделей ЛЭП в данном базисе, доступна и в случае необходимости может быть оперативно уточнена. Однако метод симметричных составляющих не позволяет учесть реальную геометрию опор, что может негативно сказаться на результатах ОМП, особенно в линиях 500-750 кВ, для которых характерно горизонтальное расположение проводов.

Применительно к данной ситуации разработан метод разделения базисов

Корректировка

имитационнои

алгоритмической

Имитационная

и

моделей, модель

Рис. 12 Схема определения корректирующих коэффициентов К

объекта (ИМО) строится в базисе фазных координат, что позволяет учесть геометрию

опор ЛЭП, и используется для формирования векторов наблюдения, соответствующих замыканию в произвольной точке xf. Алгоритмическая модель, построенная в базисе симметричных составляющих, по модельному сигналу находит оценку аварийных параметров. Корректировка структуры AMO заключается в изменении удельных индуктивных сопротивлений участков однородности по закону (рис. 12)

где К(х, г) - корректирующий коэффициент, Х°сх - исходное значение сопротивления в базисе симметричных составляющих. Корректировка производится до тех пор, пока невязка е не будет удовлетворять требуемой

точности. Корректирующий коэффициент изменяется в зависимости от координаты х (рис. 13) и используется в дальнейшем для корректировки алгоритмической модели перед процедурой преобразования

0.958 0,954 0.95 0.946 0,942 0.938

участок 1 участок 2 у

X, км

Рис. 13 Корректирующие коэффициенты

векторов наблюдения в предполагаемое место повреждения.

При эксплуатации средств ОМП важно иметь возможность не только формировать модели линий электропередачи, но и просматривать параметры ЛЭП, и в случае необходимости самостоятельно и оперативно их корректировать. Данные цели преследовались при создании программного комплекса «РРОЕсШ», в основе которого лежит описанная в работе методика моделирования. Помимо этого программа позволяет рассчитывать нормальные и аварийные режимы работы сети и содержит обширную справочную информацию по опорам ЛЭП, проводам, грозозащитным тросам и силовым трансформаторам. Комплекс «РРОЕс1к» используется для обучения пользователей, а также в учебном процессе.

В четвёртой главе представлена реализация описанных в диссертации способов определения места повреждения в серийно выпускаемом микропроцессорном устройстве «Бреслер-0107.0МП» и программном комплексе «\VinBres». При непосредственном участии автора были разработаны алгоритмы ОМП, подготовлена резидентная программа терминала, составлена конструкторская документация на устройство ОМП (рис. 14).

Измеряемыми величинами являются фазные напряжения и,. на сборных шинах и фазные токи I,, в отходящих от них линиях электропередачи (V - общее обозначение фаз А, В, С). На рис. 15 представлена структурная схема алгоритма одностороннего определения места повреждения.

На основании обработки сигналов, измеренных в предшествующем и текущем режимах, фазовый селектор определяет вид повреждения, особую фазу и относительно неё рассчитывает симметричные составляющие [У* '.«]' напряжений и токов (л- - обозначение последовательностей 1, 2, 0). Алгоритмическая модель линии электропередачи находит оценки симметричных составляющих

йл.! напряжений С, и токов 1Г в предполагаемого месте повреждения /

Эти величины подаются на вход модуля целевой функции. Координата х,, при

которой величина целевой функции (1) обращается в ноль, полагается местом замыкания.

Рис. 15 Структурная схема алгоритма одностороннего ОМП

При двухстороннем определении места повреждения дополнительно привлекается вектор с противоположной стороны линии, а по результату алгоритмического моделирования строится и анализируется целевая функция (2).

На рис. 16 изображена упрощенная схема логики функции ОМП. Пусковые органы реагируют на отношение к. модулей фазного сопротивления в текущий

момент времени и за период до того. Контроль уровня текущего тока Г* позволяет избежать излишнего срабатывания при незначительных изменениях режима.

Фиксация

Рис. 16 Упрошенная схема логики запуска функции ОМП ВВС - выдержка времени на срабатывание

Для определения замыканий в линии и селективной работы функции ОМП используется измерительный орган по аргументу мощности 5" аварийных составляющих прямой последовательности

¿л = Ц_ | •

Выдержки времени на срабатывание в 3 и 17 мс формируют команды на фиксацию величин предшествующего и текущего режимов соответственно.

Способ многостороннего определения места повреждения реализован в программном комплексе «\VinBres». Моделирование многоконцевых линий заключается в формировании отдельных моделей каждого из питающих и внутренних участков линии и дальнейшего соединения их между собой в программе. Для этого предназначена специальная форма построения многомодульных моделей.

Точность определения места повреждения определяется адекватностью используемой модели и объёмом информации, доступной при наблюдении линии электропередачи. При одностороннем замере погрешность расчёта не превышает 3% длины ЛЭП, а при многостороннем - 1%.

В настоящее время программный комплекс «\VinBres» обслуживает почти 1500 линий напряжением 110-750 кВ ФСК ЕЭС. Внедрение осуществлялось на

протяжении четырёх лет. В результате проделанной за это время работы были

скорректированы модели половины от общего числа обслуживаемых ЛЭП. За 2011 год на ЛЭП ФСК ЕЭС произошло 758 случаев ОМП. Статистика по ним (процент случаев) приведена на рис. 17. Погрешность более 5% чаще всего объясняется отсутствием достоверных параметров ЛЭП, невозможностью получения векторов наблюдения со всех сторон линий и незавершённостью процедуры коррекции модулей программы ОМП в данных конкретных случаях.

по программе \VlnBres за 2011 год

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертации дано развитие дистанционного метода определения места повреждения по параметрам аварийного режима. Разработан способ многостороннего ОМП, позволяющий найти место повреждения в сетях с тремя и более узлами питания. Его отличительная черта — обработка всей доступной при наблюдении ЛЭП информации с использованием инструментария алгоритмического моделирования. Основные операции - идентификация повреждённого участка, получение и синхронизация виртуальных замеров на его концах и дальнейшее двухстороннее ОМП относительно выбранного отрезка линии.

2. Предложен способ дистанционного ОМП, позволяющий при отсутствии информации со стороны ответвительных подстанций определить место повреждения на линиях ответвлений. Решение основано на использовании алгоритмических моделей для преобразования наблюдаемых на концах ЛЭП величин к началу рассматриваемого ответвления и решении относительно него задачи одностороннего ОМП.

3. Разработан способ учёта реальной несимметрии линии электропередачи, по которому имитационная и алгоритмическая модели выполняются в разных базисах - фазных координатах и симметричных составляющих, а соответствие моделей обеспечивается корректирующими коэффициентами индуктивных сопротивлений участков однородности.

4. Созданная методика моделирования линий электропередачи, реализованная в программном комплексе «РРЭЕсШ», позволяет автоматизировать процесс создания, анализа и корректировки моделей ЛЭП, используемых при решении задачи ОМП.

5. Алгоритмы, разработанные на основе предложенных способов, реализованы в серийно выпускаемом микропроцессорном устройстве определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП» и программном комплексе «\VinBres», который в настоящее время установлен и используется почти на 2000 ЛЭП России, в том числе и на 1500 воздушных линиях 110-750 кВ ФСК ЕЭС.

6. Результаты диссертационных исследований использованы в учебном

20

процессе на кафедре ТОЭ и РЗА Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова.

СПИСОК НАУЧНЫХ ТРУДОВ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные статьи, опубликованные в изданиях перечня ВАК:

1. Бычков Ю.В. Способ учёта апериодической составляющей при определении места повреждения // Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - Спец. выпуск «Диагностика энергооборудования». - С. 80-81.

2. Бычков Ю.В. Алгоритмические модели на примере защиты дальнего резервирования и определения места повреждения / Ю.В. Бычков, Д.С. Васильев, А.О. Павлов // Изв. вузов. Электромеханика. - 2010. -№ 6. - С. 63-67.

3.Бычков Ю.В. Определение места повреждения в сетях с многосторонним питанием / Ю.В. Бычков, А.О. Павлов // Энергетика Татарстана. - 2011. - № 2. -С. 33-38.

Публикации в других изданиях:

4. Бычков Ю.В. Имитационное и алгоритмическое моделирование на примере защиты дальнего резервирования / Ю.В. Бычков, Д.Г. Еремеев // ДНДС: материалы VI Всерос. научн.-техн. конф. / Изд-во Чуваш, ун-та. - Чебоксары, 2005. - С. 164-166.

5. Бычков Ю.В. Имитационное и алгоритмическое моделирование повреждения трансформатора ответвительной подстанции / Ю.В. Бычков, Д.Г. Еремеев // Труды академии электротехнических наук Чувашской республики (АЭН ЧР). -2005,-№2.-С. 8-10.

6. Бычков Ю.В. Определение места повреждения в распределительных сетях // ИТЭЭ: материалы VI Всерос. научн.-техн. конф. / Изд-во Чуваш, ун-та. -Чебоксары, 2006. - С. 277-280.

7. Бычков Ю.В. «Формульные» и «модельные» методы определения места повреждения / Ю.В. Бычков, В.Н. Козлов // ДНДС: материалы VII Всерос. научн.-техн. конф. / Изд-во Чуваш, ун-та. - Чебоксары, 2007. - С. 226-228.

8. Бычков Ю.В. Реализация алгоритма определения места повреждения в микропроцессорном терминале «Бреслер-0107.5Х» / Ю.В. Бычков, А.О. Павлов // Труды АЭН ЧР. - 2007. - №2. - С. 78-81.

9. Бычков Ю.В. Определитель места повреждения «Бреслер-0107.09» /

21

Ю.В. Бычков, В.Н. Козлов // Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики: сб. тезисов XV Уральской научн.-техн. конф. - Екатеринбург. - 2007. - С. 84-86.

10. Бычков Ю.В. Применение алгоритмических моделей для решения задач определения места повреждения // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XXI междунар. научн. конф. / Изд-во Сарат. гос. техн. унта. - Саратов. - 2008. - С. 156-158.

11. Бычков Ю.В. Способ учёта апериодической составляющей при определении места повреждения // Труды АЭН ЧР. - 2009. - № 1. - С. 28-33.

12. Бычков Ю.В. Аппаратный комплекс двухстороннего ОМП ВЛ / Ю.В. Бычков, В.Н. Козлов, А.О. Павлов // Релейная защита и автоматика энергосистем. Сб. докладов XX конф. - М. - 2010. - С. 291-295.

13. Бычков Ю.В. Многостороннее ОМП: проблемы и решения / Ю.В. Бычков, А.О. Павлов // Релейная защита и автоматизация. - 2012. — № 1. — С. 20-24.

14. Бычков Ю.В. Алгоритмические модели в релейной защите / Ю.В. Бычков, Д.С. Васильев, А.О. Павлов // Релейная защита и автоматизация. — 2012. — № 1. — С. 26-31.

Патенты:

15. Бычков Ю.В. Патент на изобретение № 2464582 Российской Федерации, МПК 001 КЗ 1/08. Способ определения места повреждения разветвлённой линии электропередачи с несколькими источниками питания / В.Н. Козлов, А.О. Павлов, Ю.В. Бычков // Опубл. 20.10.2012, Бюл. № 29.

Личный вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве:

[2, 14] - приложение алгоритмических моделей линий электропередачи в задаче определения места повреждения, [3, 13] - разработка способа многостороннего определения места повреждения, [7] - сравнительный анализ явных и неявных методов определения места повреждения, [8,9, 12] - разработка резидентной программы микропроцессорного терминала определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП», [4,5] - построение имитационных и алгоритмических моделей объектов энергосистемы.

БЫЧКОВ Юрий Владимирович

РАЗВИТИЕ И ПРИЛОЖЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 08.11.2012 г. Формат 60><84 1/16. Усл. печ. л. 2,0. Бумага офсетная. Печать оперативная. Тираж 100 экз. Заказ № 1517. Отпечатано в типографии «Принт-Люкс» 428000, г. Чебоксары, пр. М. Горького, д. 26

ВВЕДЕНИЕ.

1 ДИСТАНЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОМП.

1.1 Классификация дистанционных методов ОМП.

1.2 Импульсные методы.

1.2.1 Распространение импульсных сигналов по системам с распределёнными параметрами.!.

1.2.2 Локационный метод.

1.2.3 Волновой метод.

1.3 Методы по параметрам аварийного режима.

1.3.1 Общие сведения.

1.3.2 Явные методы ОМП.

1.3.3 Неявные методы ОМП.

Выводы по главе.

2 НЕЯВНЫЕ МЕТОДЫ ОМП.

2.1 Определение и задачи моделирования.

2.1.1 Имитационная модель.

2.1.2 Алгоритмическая модель.

2.2 Базисы моделирования.

2.2.1 Базис симметричных составляющих.

2.2.1.1 Принцип моделирования.

2.2.1.2 Топологический метод расчёта модели.

2.2.1.3 Имитационное моделирование.

2.2.1.4 Алгоритмическое моделирование.

2.2.2 Базис фазных координат.

2.2.2.1 Принцип моделирования.

2.2.2.2 Метод каскадного эквивалентирования.

2.2.2.3 Имитационное моделирование.

2.2.2.4 Алгоритмическое моделирование.

2.3 Одно- и двухсторонний способы ОМП.

2.4 Многостороннее ОМП.

2.4.1 Недостатки одно- и двухстороннего методов.

2.4.2 Идентификация повреждённого участка.

2.4.3 ОМП в трёхлучевых схемах.

2.4.4 Синхронизация замеров.

2.4.5 Общий случай многостороннего ОМП.

2.4.6 Пример многостороннего ОМП.

2.5 ОМП на линиях ответвительных подстанций.

2.5.1 Недостатки одно- и двухстороннего методов.

2.5.2 Идентификация повреждённого участка.

2.5.3 Пример ОМП на линиях ответвительных подстанций.

2.6 Адекватность алгоритмических моделей.

Выводы по главе.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.

3.1 Этапы построения модели.

3.2 Методика построения моделей.

3.2.1 Элементы модели.

3.2.2 Разбиение линии на участки однородности.

3.2.3 Моделирование основной ЛЭП.

3.2.4 Моделирование параллельных линий.

3.2.5 Системы и обходная связь.

3.2.6 Моделирование ответвительных подстанций.

3.2.7 Моделирование шунтирующих реакторов.

3.2.8 Расчёт модели.

3.3 Учёт реальной несимметрии ЛЭП.

3.3.1 Сравнение базисов моделирования.

3.3.2 Корректирующие коэффициенты.

3.3.3 Причины методической погрешности.

3.4 Программа FPDEdit.

Выводы по главе.

4 РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ОМП.

4.1 Аппаратные и программные средства ОМП.

4.2 Реализация дистанционного ОМП.

4.2.1 Алгоритм одностороннего ОМП.

4.2.2 Алгоритм двухстороннего ОМП.

4.3 Программный комплекс WinBres.

4.3.1 Общие сведения.

4.3.2 Диспетчерский вариант ОМП.

4.3.3 Многостороннее ОМП.

4.3.4 Статистика ОМП.

4.4 Аппаратный комплекс «Бреслер-0107.0МП».

4.4.1 Общие сведения.

4.4.2 Технические характеристики терминала.

4.4.3 Логика пуска функции ОМП.

4.4.4 Организация функции ОМП.

4.5 Конфигурирование средств ОМП.

Выводы по главе.

Задача определения места повреждения (ОМП) всегда была и остаётся актуальной, поскольку её решение направлено на повышение надёжности энергоснабжения. Линии электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения -довольно часто повреждаемые элементы электроэнергетической системы [1,2]. Выход из работы линии всегда сопровождается или недоотпуском электроэнергии, или снижением надёжности, себестоимости и качества электроснабжения [3,4]. Поэтому одной из важнейших задач линейных ремонтных служб предприятий электросетей является быстрейший поиск места повреждения и организация ремонтно-восстановительных работ [5,6]. До появления в начале 60-х годов XX века в энергосистемах приборов, предназначенных для определения места повреждения, поиск повреждения совершался путём обходов, объездов, иногда облетов на вертолёте трассы линии. На это тратилось значительное время, поскольку линии имеют большую протяжённость (до сотен километров), а трасса часто идёт по труднопроходимой местности. К тому же место повреждения иногда плохо различимо даже с близкого расстояния - на гирлянде изоляторов после перекрытия часто не остается значительных следов обгорания.

Ещё сложнее обстоит дело с поиском места самоустраняющегося повреждения, при котором после автоматического повторного включения линия остается в работе. Между тем ремонтным службам весьма полезна информация о таких повреждениях, поскольку обычно после них часть изоляторов в гирлянде оказывается пробитой и на линии остается ослабленное место, которое в будущем способно привести к возникновению аварии.

Развитие и усложнение электрических сетей, рост числа потребителей, не допускающих длительного отключения, приводят к повышению спроса на средства ОМП. Вместе с тем становятся жёстче и требования к ним, которые касаются как точности, так и оперативности получения результата.

Задача определения места повреждения в разные годы решалась в Ивановском энергетическом институте, заложившем в 70 - 80-х годах основу * v теории одностороннего замера [7-9]; ВНИИЭ и ОРГРЭС, занимавшихся разработкой методов и средств двухстороннего ОМП [10-13]; в Рижском политехническом институте, выпускавшем приборы одностороннего определения места повреждения [14-16]; Московском энергетическом институте [17, 18] и Чувашском государственном университете [19-23]. Среди зарубежных авторов, занимавшихся этой темой, можно выделить Ц. Такаги (Tsuyoshi Takagi, Нагойский университет) [24] и М.М. Саху (Murari Mohan Saha, ABB) [25].

И тем не менее, несмотря на эффективность существующих одно- и двухсторонних методов ОМП, доказанную многолетней практикой применения, они не были рассчитаны на электропередачи с тремя и большим числом узлов питания и не приспособлены к локации повреждений на линиях ответвительных подстанций. Эти недостатки, а также распространённость многоконцевых линий электропередачи 110-500 кВ и тот факт, что данная проблема дистанционного ОМП до этого не рассматривалась и осталась неисследованной, делают актуальной задачу развития дистанционных способов ОМП и, в частности, разработки способа определения места повреждения при многостороннем наблюдении ЛЭП.

Важную роль в современных методах определения места повреждения играет моделирование линий электропередачи. Построение модели ЛЭП, от адекватности которой реальному объекту зависит точность методов ОМП, < является первоочередной задачей, предполагающей как совершенствование методики формирования моделей линий электропередачи, так и её реализацию в программных средствах.

Цель диссертационной работы заключается в развитии способа дистанционного определения места повреждения применительно к линиям с многосторонним питанием и многоконцевым сетям, совершенствовании методики построения моделей линий электропередачи, ориентированной на задачу ОМП, а также в разработке и внедрении программных и аппаратных средств ОМП.

Исследования проводились с использованием теоретических основ электротехники, теоретических основ релейной защиты, методов математического моделирования и программных вычислительных комплексов.

В первой главе даётся обзор дистанционных способов определения места повреждения линий электропередачи, применяемых в настоящее время в энергетике. Выделены основные группы: импульсные и методы распознавания по параметрам аварийного режима. Очередной этап их развития совпал с переходом устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) на микропроцессорную базу, что позволило решить ряд как технических, так и алгоритмических проблем.

Главное преимущество микропроцессорной РЗА заключается в существенном расширении информационной базы и, что не менее важно, в способности воспользоваться этим объёмом данных при помощи алгоритмических моделей электроэнергетических объектов [26-37]. Вышесказанное в полной мере справедливо и применительно к задаче определения места повреждения. Наибольшее распространение получили методы ОМП по параметрам аварийного режима, и достичь наилучших результатов позволяют те из них, что надлежащим образом используют алгоритмические модели.

Во второй главе рассмотрено применение алгоритмических моделей для решения задачи локации повреждений и изложен способ многостороннего ОМП, который заключается в объединении всей информации, доступной при наблюдении линии электропередачи, и позволяет решать задачу локации в сетях с тремя и более узлами питания.

Алгоритмическая модель объекта представляет собой систему обработки информации, которая по измеряемым электрическим величинам, образующим вектор наблюдения, формирует ток и напряжение в точке, недоступной наблюдению. Оценки электрических величин формируются на основании результатов наблюдения ЛЭП в предшествующем, текущем и, как следствие, чисто аварийном режимах.

В зависимости от объёма информации, используемой для оценивания аварийных параметров - координаты места повреждения и переходного сопротивления - различаются одно- и двухсторонние методы ОМП. Однако применимость данных методов ограничивается двухконцевыми сетями - при наличии трёх и более узлов питания они не дают приемлемого результата. Таким образом, встаёт вопрос о разработке способа многостороннего определения места повреждения.

С наличием дополнительной подпитки связана задача предварительной идентификации повреждённого участка линии. Для её решения используются контрольные замеры напряжения текущего режима, которые получаются при переходе от электрических величин по концам лучей питания к точке их соединения посредством соответствующих алгоритмических моделей.

Векторы наблюдения по концам неповреждённых участков преобразуются в виртуальный замер, который объединяет напряжения в месте соединения лучей и токи, текущие от общего узла в повреждённую линию. Далее выполняется процедура двухстороннего ОМП на найденном отрезке модели. При этом используются алгоритмическая модель повреждённого участка и электрические величины на его концах.

Рассмотрено применение способа многостороннего ОМП в многоконцевых сетях, в которых сторона тупиковой подстанции, как правило, наблюдением не охвачена. Идентификация повреждённого участка в этом случае заключается в I разграничении режимов замыкания на основной линии и на линии ответвления. Для этого определяются параметры систем по концам ЛЭП, вид замыкания и осуществляется обучение локатора на имитационной модели в режимах замыканий на всех трёх участках схемы. Это позволяет построить характеристику срабатывания и использовать её для выявления повреждения на ответвлении.

При замыкании на основной линии выполняется двухстороннее определение места повреждения относительно всей ЛЭП с использованием замеров на её концах. В случае выявления повреждения на ответвлении осуществляется одностороннее ОМП по виртуальному замеру.

В третьей главе представлена методика построения моделей линий электропередачи и изложен способ учёта реальной несимметрии ЛЭП в базисе симметричных составляющих.

Линия разделяется на участки однородности, на протяжении которых удельные параметры ЛЭП остаются неизменными. Каждый из них описывается типом проводов и опор, расположенных на соответствующем участке, типом и режимом заземления грозозащитных тросов, наличием взаимной связи с другими линиями и вносится в общую модель своей П-образной схемой замещения.

Ключевой фактор в достижении высокой точности дистанционных методов ОМП - построение модели, адекватной контролируемой линии электропередачи. Это итерационная процедура, продолжающаяся в процессе эксплуатации локатора.

Алгоритмическое моделирование осуществляется в базисе симметричных составляющих, а реальная геометрия опор учитывается с помощью корректирующих коэффициентов, которые определяются в ходе коррекции алгоритмической модели по сигналам, выдаваемым имитационной моделью. Последняя строится в базисе фазных координат.

Методика моделирования реализована в программном комплексе «РРБЕ(Ш», который позволяет также просматривать параметры ЛЭП, и в случае необходимости самостоятельно и оперативно их корректировать.

В четвёртой главе представлена реализация описанных в диссертации способов определения места повреждения в серийно выпускаемом микропроцессорном устройстве «Бреслер-0107.0МП» и программном комплексе «\VinBres». При непосредственном участии автора были разработаны алгоритмы ОМП, подготовлена резидентная программа терминала, составлена конструкторская документация на устройство ОМП.

В настоящее время программный комплекс «\VinBres» обслуживает почти

1500 линий напряжением 110-750 кВ ФСК ЕЭС. Внедрение осуществлялось на протяжении четырёх лет. В результате проделанной за это время работы были скорректированы модели половины от общего числа обслуживаемых ЛЭП.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Модификация дистанционного метода ОМП при многостороннем наблюдении линии электропередачи.

2. Дистанционный способ ОМП на линиях ответвительных подстанций.

3. Учёт реальной несимметрии линий электропередачи и вида повреждения при формировании моделей ЛЭП.

Научная новизна работы.

1. Развитый в работе метод дистанционного определения места повреждения в отличие от существующих создал основу алгоритмизации ОМП при многостороннем наблюдении линии электропередачи. Метод характеризуется предварительной идентификацией повреждённого участка ЛЭП с последующим его анализом. В этом методе в более полной мере, чем ранее, используется инструментарий алгоритмического моделирования и идея объединения всей информации, доступной при наблюдении линии электропередачи.

2. Представленный в диссертации способ дистанционного ОМП отличается от известных способностью идентифицировать повреждение на ответвлении и локализовать его по замерам на концах основной линии электропередачи.

3. Предложенный в работе способ учёта реальной несимметрии линии ( электропередачи отличается от известных тем, что позволяет, оставаясь в базисе симметричных составляющих, формировать модели ЛЭП, учитывающие фактическое расположение проводов и вид замыкания.

Практическая ценность работы.

1. Развитые в работе модификации метода дистанционного определения места повреждения позволили решить задачу локации на линиях с многосторонним питанием, а также на линиях ответвительных подстанций.

2. Предложенный способ учёта несимметрии линии электропередачи и вида замыкания позволил повысить точность метода дистанционного определения места повреждения без перехода к базису фазных координат и связанного с этим значительным усложнением методики построения моделей ЛЭП.

3. Разработанные программные и аппаратные средства определения места повреждения «\VinBres» и «Бреслер-0107.0МП» серийно производятся и эксплуатируются почти на полутора тысячах линий ФСК ЕЭС.

4. Представленная в диссертационной работе методика построения и корректировки моделей линий электропередачи применена в учебном процессе на кафедре ТОЭ и РЗА Чувашского государственного университета.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: «Релейная защита и автоматика энергосистем» (Москва, ВВЦ, 2008, 2010, 2012), «Электротехника, электроэнергетика и электромеханика» (Чебоксары, АЭНЧР, ВНИИР, 2005, 2007), «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем» (Чебоксары, ЧТУ, 2005, 2007), «Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике» (Чебоксары, ЧТУ, 2006), «Обмен опытом проектирования, наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики» (Екатеринбург, 2007), «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, СГТУ, 2008).

Реализация результатов работы. Результаты исследований были использованы при разработке программного комплекса ОМП «\VinBres» и терминала определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП».

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 14 научных работах, включая три статьи, опубликованные в изданиях из перечня ВАК. Получено решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы (101 наименование) и пяти приложений. Общий объём составляет 160 стр., в том числе основного текста 138 стр., 90 рисунков, 39 таблиц.

Выводы по главе

1.В энергетике сложилась практика одновременного использования аппаратных и программных средств определения места повреждения. В диссертации рассмотрены их основные достоинства и недостатки, а также рассмотрены проблемы, на которые необходимо обращать внимание при реализации способов ОМП.

2. На основе предложенных в диссертации методов определения места повреждения «НЛП Бреслер» выпускает микропроцессорное устройство «Бреслер-0107.0МП» и программный комплекс «\VinBres». В работе рассмотрены ключевые особенности реализации способов ОМП в этих средствах локации.

3. Представлена статистика точности ОМП, собранная в ходе четырёхлетней эксплуатации программного комплекса «\VinBres» на почти полутора тысячах линий 110-750 кВ ФСК ЕЭС.

1. В диссертации приведена классификация дистанционных методов определения места повреждения воздушных линий электропередачи, применяемых в настоящее время. Рассмотрены явные и неявные способы ОМП по параметрам аварийного режима.

2. Алгоритмическое моделирование - это инструмент, позволяющий в полной мере воспользоваться тем объёмом информации, который стал доступен современным микропроцессорным устройствам РЗА. Благодаря ему появилаысь возможность «заглянуть» в объект и «измерить» величины, недоступные наблюдению. Именно моделирование линий электропередачи является ключевым фактором достижения высокой точности в современных средствах ОМП.

3. В диссертации дано развитие дистанционного метода определения места повреждения по параметрам аварийного режима. Разработан способ многостороннего ОМП, позволяющий найти место повреждения в сетях с тремя и более узлами питания. Его отличительная черта - обработка всей доступной при наблюдении ЛЭП информации с использованием инструментария алгоритмического моделирования. Основные операции - идентификация повреждённого участка, получение и синхронизация виртуальных замеров на его концах и дальнейшее двухстороннее ОМП относительно выбранного отрезка линии.

4. Предложен способ дистанционного ОМП, позволяющий при отсутствии информации со стороны ответвительных подстанций определить место повреждения на линиях ответвлений. Решение основано на использовании алгоритмических моделей для преобразования наблюдаемых на концах ЛЭП величин к началу рассматриваемого ответвления и решении относительно него задачи одностороннего ОМП.

5. Приведены примеры определения места повреждения линии с трёхсторонним питанием «Заовражье - Урдома с отпайкой на Котласский ЦБК» при наличии осциллограмм со всех концов ЛЭП и линии с ответвительной подстанцией «Левобережная - ЦРП-220» по сигналам, записанным на её головных концах.

6. В диссертации рассмотрена процедура формирования модели линии электропередачи, адекватной реальному объекту. Показано, что это итерационная процедура, выполняемая в ходе эксплуатации совместно с заказчиком и основанная на использовании реальных сигналов и результатов осмотра ЛЭП.

7. Разработан способ учёта реальной несимметрии линии электропередачи, по которому имитационная и алгоритмическая модели выполняются в разных базисах - фазных координатах и симметричных составляющих, а соответствие моделей обеспечивается корректирующими коэффициентами индуктивных сопротивлений участков однородности.

8. Созданная методика моделирования линий электропередачи, реализованная в программном комплексе «РРБЕсШ», позволяет автоматизировать процесс создания, анализа и корректировки моделей ЛЭП, используемых при решении задачи ОМП.

9. Алгоритмы, разработанные на основе предложенных способов, реализованы в серийно выпускаемом микропроцессорном устройстве определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП» и программном комплексе «\VinBres», который в настоящее время установлен и используется почти на 2000 ЛЭП России, в том числе и на 1500 воздушных линиях 110-750 кВ ФСК ЕЭС.

10. Результаты диссертационных исследований использованы в учебном процессе на кафедре ТОЭ и РЗА Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова.

1. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. Релейная защита сетей: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергия, 1984.

2. АтабековГ.А. Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей. JL: Госэнергоиздат. - 1957.

3. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. БраудеЛ.И., Шалыт Г.М., ГригоряшВ.И. Экономическая эффективность внедрения средств определения мест повреждений линий электропередачи // Электрические станции. 1978. - № 3. - С. 46-48.

5. Радкевич В.Н., Ничипорович J1.B. О выборе стратегии поиска повреждения и восстановления электроснабжения в городских распределительных сетях // Энергетика. 1976. - № 9. - С. 112-116.

6. Радкевич В.U., Ничипорович Л.В. Исследование методов оптимизации процесса поиска повреждения в городских сетях 6-10 кВ // Энергетика. 1977. -№ 1. - С. 107-109.

7. Аржанников Е.А. Дистанционный принцип в релейной защите и автоматике при замыканиях на землю. М.: Энергоатомиздат, 1985.

8. Аржанников Е.А., Чу хин A.M. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи. М.: НТФ «Энергопрогресс», 1998.

9. Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 2003.

10. Шалыт Г.М. Определение места повреждения в электрических сетях. -М.: Энергоиздат, 1982.

11. Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Малый A.C. Определение мест повреждений линий электропередачи по параметрам аварийного режима. М.: Энергоатомиздат, 1983.

12. Айзенфелъд A.M. Методы определения мест короткого замыкания на воздушных линиях электропередачи при помощи фиксирующих приборов. М.: Энергия, 1974.

13. Айзенфелъд A.M., Шалыт Г.М. Определение мест короткого замыкания на линиях с ответвлением. М.: Энергия, 1977.

14. Айзенфелъд A.M., Аронсон В.Г., Гловацкий В.Г. Фиксирующий индикатор сопротивления ФИС. -М.: Энергоатомиздат, 1987.

15. Айзенфелъд A.M., Аронсон В.Г., Гловацкий В.Г. Фиксирующие индикаторы тока и напряжения ЛИФП-А, ЛИФП-В, ФПН, ФПТ. М.: Энергоатомиздат, 1989.

16. Белотелое А.К., Саухатас А.-С.С., Иванов М.В., Любарский Д. Р. Алгоритмы функционирования и опыт эксплуатации микропроцессорных устройств определениям мест повреждения линий электропередачи // Электрические станции. 1997. - № 12. - С. 7-12.

17. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с заземленной нейтралью. М: Высшая школа, 1988.

18. Арцишевский Я.Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью. М: Высшая школа, 1989.

19. Лямец Ю.Я., Антонов В.М., Ефремов В.А. и др. Диагностика линий электропередачи // Электротехнические микропроцессорные устройства и системы: Межвуз. сб. науч. тр. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1992.

20. Лямец Ю.Я., Млъин В.А., Маклаков М.Ю. Методы эквивалентирования и оценивания при распознавании повреждений линий электропередачи // Изв. инж.-технол. акад. Чуваш, респ. 1996. - № 3. - С. 300-307.

21. Лямец Ю.Я., Ильин В.А. Наблюдение поврежденной многопроводной системы // Изв. вузов. Электромеханика. 1997. - № 1-2. - С. 71.

22. ЛямецЮ.Я., Ильин В.А., Подшивалин Н.В. Программный комплекс анализа аварийных процессов и определения места повреждения линии электропередачи // Электричество. 1996. - № 12. - С. 2-7.

23. Takagi Т., Yamakosi Y., Yamura М. et al. Development of a New Type Fault Locator using the One-Terminal Voltage and Current Data // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-101. 1982. -№ 8. - pp. 2892-2898.

24. Saha M.M., Izykowski J., Rosolowski E. Fault Location on Power Networks. London: Springer, 2010.

25. ЛямецЮ.Я., ЕфимовЕ.Б., Нудельман Г.С., ЗаконъшекЯ. Принцип информационного совершенства релейной защиты // Электротехника. 2001. -№ 2. - С. 30-34.

26. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., ЗаконъшекЯ. Распознаваемость повреждений электропердачи. 4.1. Распознаваемость места повреждения // Электричество. 2001. - № 2. - С. 16-23.

27. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., ЗаконъшекЯ. Распознаваемость повреждений электропердачи. 4.2. Общие вопросы распознаваемости поврежденных фаз // Электричество. -2001. № 3. - С. 16-24.

28. Лямец Ю.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О., Ефимов Е.Б., ЗаконъшекЯ. Распознаваемость повреждений электропердачи. 43. Распознаваемость междуфазных коротких замыканий // Электричество. 2001. - № 12. - С. 9-22.

29. Лямец Ю.Я., Иванов С.В., Подшивалин А.Н., Нудельман Г.С., Законъшек Я. Информационный анализ энергообъектов и способов их защиты // Релейная защита и автоматика энергосистем 2002: сб. докладов XV научно-технической конференции. М., 2002. - С. 93-97.

30. Лямец Ю.Я., ЗиновьевД.В., Романов Ю.В. Информационный анализ реальных процессов в электрических системах // Релейная защита и автоматика энергосистем 2006: сб. докладов XIX науч.-техн. конф. М., 2006. - С. 48-52.

31. ЛямецЮ.Я., Нудельман Г.С., Павлов А.О. Перспективные методы и средства распознавания аварийных состояний электроэнергетических систем // Тезисы докладов Всеросс. электротех. конгресса с международным участием. М., 1999. - Т. 1.

32. LiametsY., Efimov Е., EfremovV., Iljin АPavlov A., Nudelman G., ZakonjsekJ. Relay protection with extreme fault identification // Bled, Slovenia, Proc. 12 Int. Conf. Power System Protection 2000.

33. LiametsY., Efimov E., Nudelman G., ZakonjsekJ. The principle of relay protection information perfection // Sibin, Romania, CIGRE, SC 34 Colloquium and Meeting, Session Papers Report 112 - 2001.

34. LiametsY., Ivanov S., Podchivaline A., Nudelman G., ZakonjsekJ. Informational analysis new relay protection tool //Slovenia, Bled, Proc. 13 Int. Conf. Power System Protection - 2002. - P. 197-210.

35. LiametsY., Podchivaline A., Nudelman G., ZakonjsekJ. Universal relay // Slovenia, Bled, Proc. 14 Int. Conf. Power System Protection.- 2004. P. 1-12.

36. Павлов А.О. Информационные аспекты распознавания коротких замыканий в линиях электропередачи в приложении к защите дальнего резервирования. Дис. . канд. техн. наук, Чебоксары, Чуваш, ун-т. -2002.

37. Определение мест повреждений в воздушных и кабельных линиях. Энергетика за рубежом. М.; JL: Госэнергоиздат, 1959.

38. Висячее А.Н. Приборы и методы определения места повреждения на линиях электропередачи: учеб. пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2001.

39. Борухман В.А., Кудравцев А.А., Кузнецов А.П. Устройства для определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. М.: Энергия, 1973.

40. Кузнецов А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи. -М.: Энергоатомиздат, 1989.

41. Силаев Ю.М. Способы и средства поиска повреждений в электросетях 6-35 кВ.-М.: Информэнерго, 1977.

42. Бакиновский B.JI., Осадчий А.П., Сосфенов Н.И., Спиридонов В.К. Измерения расстояний до мест повреждений на воздушных и кабельных линиях электропередачи и связи // ЦНИЭЛ. 1954. - Вып. 2. - С. 81-99.

43. Типовое положение по организации эксплуатации устройств для определения мест повреждений воздушных линий электропередачи напряжением 6-20 kB. М.: Союзтехэнерго, 1979.

44. Типовая инструкция по организации работ для определения мест повреждения воздушных линий электропередачи напряжением 110кВ и выше с помощью фиксирующих приборов. -М.: Союзтехэнерго, 1979.

45. Руководящие документы. Методические указания по определению мест повреждения воздушных линий напряжением 110кВ и выше с помощью фиксирующих приборов. М.: Союзтехэнерго, 1989.

46. ШалытГ.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами. М.: Энергия, 1968.

47. Куликов A.JI. Дистанционное определение мест повреждений ЛЭП методами активного зондирования. М.: Энергоатомиздат, 2006.

48. Куликов A.JI., Петрухин A.A., Кудрявцев Д.М. Диагностический комплекс по исследованию линий электропередач // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2007. - № 7-8. - С. 17-22.

49. Куликов A.JI., Петрухин A.A., Кудрявцев Д.М. Аппаратура исследования метода активного зондирования линий электропередач // Наукоёмкие технологии. 2008. - № 6. - С. 29-33.

50. Кудрявцев Д.М., Куликов A.JI., Петрухин A.A. Опыты коротких замыканий при исследовании локационных методов диагностики ЛЭП // Наукоёмкие технологии. 2008. - № 12. - С. 22-27.

51. Куликов A.JI., Петрухин A.A. Патент на полезную модель №76139 Российской Федерации, МПК G01R 31/11. Устройство для определения мест повреждения линий электропередач распределительных сетей. Опубл. 10.09.2008, Бюл.№ 25.

52. Мисриханов М.Ш., Куликов A.JJ., Петрухин A.A., Кудрявцев Д.М. Новые алгоритмы определения мест повреждений ЛЭП 6-35 кВ с применением сложных зондирующих сигналов // Релейная защита и автоматика энергосистем. Сб. докладов XX конф. М. - 2010. - С. 90-98.

53. Wu Q.H., LuZ., Ji T.Y. Protective Relaying of Power Systems Using Mathematical Morphology. London: Springer, 2009.

54. Костенко B.M., Перель.мап Jl.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М.: Энергия, 1973.

55. Хаяси С. Волны в линиях электропередачи. М.: Наука, 1972.

56. Индикатор микропроцессорный фиксирующий ИМФ-ЗР. Руководство по эксплуатации, паспорт // Информационный материал фирмы «Радиус-Автоматика», 2002.

57. ЛямецЮ.Я., Ильин В.А., Ефремов В.А. Адаптивное реле сопротивления // Электротехника. 1993. - № 9-10.

58. Лямец Ю.Я., НуделъманГ.С., ПавловА.О. Алгоритмические модели электрических систем // Труды академии электротехнических наук Чувашской республики,-1999.-№ 1-2.-С. 10-21

59. Liamets Y., Ivanov S., Chevelev A., Eremeev D., Nudelman G., Zakonjsek J. Algorithmic models and virtual relays in distance protection implementation // 8th International Conference on DPSP. Amsterdam. - 2004.

60. Лямец Ю.Я., Климатова И.С. Алгоритмическое моделирование в задаче определения места повреждения в линиях электропередачи // Вестник Чувашского университета. Чебоксары. - 2007. - № 2. - С. 147-152.

61. Вагнер К.Ф., ЭвансР.Д. Метод симметричных составляющих. Л.: ОНТИ, 1936.

62. Основы теории цепей: Учеб. для вузов / Г.В. Зевеке, П.А. Ионкин, A.B. Нетушил, С.В. Страхов-5-е изд., перераб. -М.: Энергоатомиздат, 1989.

63. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрическиецепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1978.

64. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 11. Расчёты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 kB. М.: Энергия, 1979.

65. Dommel H.W. Electromagnetic Transients Program. Reference Manual (EMTP Theory Book). Bonneville Power Administration, Portland, 1986.

66. Carson J. R. Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return I I Bell Systems Technical Journal. 1926. - Vol.5. - P. 539-554.

67. Ульянов C.A. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.

68. Гейнин Н.Г. Эквивалентные схемы замещения нулевой последовательности нескольких близко трассируемых линий // Электричество.1960.-№8.-С. 28-32.

69. Гейнин Н.Г. Сопротивление взаимоиндукции линий разного напряжения в схемах замещения нулевой последовательности // Электричество.1961.-№7.-С. 79-81.

70. Неклепаев Б.Н. Схемы замещения нулевой последовательности линий электропередачи с взаимной индукцией // Изв. вузов. Энергетика. 1958. - № 1. -С. 41-51.

71. Неклепаев Б.Н. К вопросу об учёте взаимной индукции между линиями электропередачи при несимметричных режима // Электричество. 1965. - № 12. -С. 19-23.

72. Неклепаев Б.Н. Схемы замещения нулевой последовательности параллельных линий электропередачи большой длины // Электричество. 1962. -№6.-С. 62-65.

73. Чернин А.Б. К составлению схем замещения нулевой последовательности параллельных линий разного напряжения // Изв. вузов.

74. Энергетика. 1965. - № 10. - С. 10-15.

75. Чернин А.Б. Составление схем замещения нулевой последовательности параллельных линий для некоторых особых случаев их включения // Электричество. 1965. - № 9. - С. 83-85.

76. Марголин Н.Ф. Токи в земле. М.: Госэнергоиздат, 1947.

77. Гореее A.A., Костенко М.В. Приведение сложных сетей к простейшим эквивалентным схемам // Электричество. 1948. - № 3. - С. 40-43.

78. Гусейнов А.М. Расчёт в фазных координатах несимметричных установившихся режимов в сложных системах // Электричество. 1989. - № 8.

79. Макаров В.М., Лысков Ю.И., Хорошев М.И. и др. Удельные параметры линий электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений. М.: Информэнерго, 1987.

80. Лямец Ю.Я., Еремеев Д.Г., Нуделъман Г.С. Эквивалентирование многопроводных систем при замыканиях и обрывах части проводов // Электричество. 2003. - № 11. - С. 17-27.

81. Васильев Д.С. Совершенствование микропроцессорной защиты дальнего резервирования и обобщение опыта её эксплуатации. Дис. . канд. техн. наук, Чебоксары, Чуваш, ун-т. - 2011.

82. Шевелёв A.B. Развитие методов моделирования и разработка микропроцессорных защит трансформаторов и шин. Дис. . канд. техн. наук, Чебоксары, Чуваш, ун-т. - 2012.

83. Лямец Ю.Я., Ильин В.А. Патент на изобретение № 2107304 Российской Федерации. Способ определения места повреждения ЛЭП с двухсторонним питанием. Опубликовано 20.03.1998.

84. Лосев С.Б., Чернин А.Б. Вычисление электрических величин в несимметричных режимах электрических систем. М.: Энергоатомиздат, 1983.

85. Мисриханов М.Ш., Попов В.А., Якимчук H.H., Медов Р.В. Определение мест поврежденя на ВЛ 330-750 кВ методом фазных координат // Повышение эффективности работы энергосистемы: Труды ИГЭУ. Вып. 4. М.:

86. Энергоатомиздат, 2001. С. 400-413.

87. Мисриханов М.Ш., Попов В.А., Якимчук H.H., Медов Р.В. Уточнение определения мест повреждения на BJI при использовании фазных координат // Электрические станции. 2001. - № 3. - С. 36-40.

88. Мисриханов М.Ш., Попов В.А., Медов Р.В., Костюнин Д.Ю. Методическая погрешность при определении места повреждения на BJI от неучёта пофазного различия её параметров // Электрические станции. 2002. -№ 11.-С. 47-50.

89. Закарюкин В.П., Крюков A.B. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005.

90. Козлов В.Н., Ефимов Е.Б., Павлов А. О. Определение места повреждения на линиях ФСК ЕЭС // Релейная защита и автоматика энергосистем. Сб. докладов XX конф. М. - 2010. - С. 286-290.

91. Программный комплекс «WinBres» версия 3. Руководство пользователя // Информационный материал фирмы «НПП Бреслер». Чебоксары, 2011.

92. Программный комплекс «WinBres». Модуль определения места повреждения, диспетчерский вариант. Инструкция по расчету ОМП для оперативного персонала // Информационный материал фирмы «НПП Бреслер». -Чебоксары, 2011.

93. Бычков Ю.В., Козлов В.Н., Павлов А.О. Аппаратный комплекс двухстороннего ОМП BJ1 // Релейная защита и автоматика энергосистем. Сб. докладов XX конф. -М. 2010. - С. 291-295.

94. Микропроцессорное устройство определения места повреждения «Бреслер-0107.0МП». Руководство по эксплуатации // Информационный материал фирмы «НПП Бреслер». Чебоксары, 2008.

95. Бронштейн И.Н, Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1965.

96. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников иинженеров. М.: Наука, 1980.

97. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1966.

98. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. -М.: Энергоиздат, 2005.

99. Дьяконов В.П. MATLAB. Полный самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2010.

100. Дьяконов В.П. Simulink 5/6/7. Самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2008.

101. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003.

102. МэтьюзДж.Г., ФинкК.Д. Численные методы. Использование MATLAB. М.: Вильяме, 2001.г, с1. Л Сmt, сж020 220,240,260 28030,320,341. U с0,18 0.2 0,22 0.24 0,26 0 28 0 3 0 32

103. Рис. П1.3 Осциллограмма события со стороны подстанции «Котласский ЦБК»ш200 -200 ь 200-200 со-'оО200-200 0.12